锂硫电池正极材料与隔膜制备及性能研究

发布时间：2017-09-16 21:17

  本文关键词：锂硫电池正极材料与隔膜制备及性能研究

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【摘要】：为缓解社会日益增长的能源需求与现阶段煤炭资源不断匮乏的矛盾,电化学储能研究已逐步受到重视。锂硫电池作为高能量密度的新型电化学储能体系之一,有着锂离子电池无可比拟的优点。其中单质硫与不同结构碳材料复合制备锂硫电池正极材料的研究已经成为热点。为提高锂硫电池的容量和循环性能,本论文主要完成了以下工作：首先,本文选用三种不同形貌碳材料(碳纳米管CNT、乙炔黑AB和科琴黑KB)分别与硫复合制备碳硫复合材料,并进行测试与分析。结果表明,S/CNT和S/KB两种复合材料循环性能明显优于S/AB复合材料,这是由于S吸附在CNT和KB表面或孔穴中,很好地抑制了多硫离子的溶解。其次,本文充分利用Al2O3对电解液具有良好的浸润性和保液率特性以及具有优越导电性的CNT材料,设计出层状CNT/Al2O3/PP复合隔膜。该复合隔膜表面缠绕的CNT层能够拦截多硫离子,有效抑制穿梭效应；而中间颗粒状Al2O3层能促使隔膜良好浸润,同时保持电池长循环所需的电解液,延长电池充放电寿命。通过测试表明：复合隔膜可以明显提高电池的电化学性能,有效解决锂硫电池容量衰减过快、循环性能较差等问题。CNT/Al2O3/PP复合隔膜循环100次容量仍可保持在807.8 mAh/g,其中在电流密度为2C时放电容量可达745mAh/g。最后,本文以常规阻燃添加剂甲基膦酸二甲酯(DMMP)作为电解液溶剂制备出高安全性能电解液。通过与传统1MLiPF6/EC+DEC电解液对比测试。发现DMMP基的电解液具有很好的阻燃能力,可起到“灭火器”作用,在锂离子电池高安全领域具有广阔的应用前景。
【关键词】：锂硫电池 硫/碳正极复合材料 复合隔膜 电解液添加剂
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 绪论14-28
• 1.1 引言14
• 1.2 锂硫电池简介14-18
• 1.2.1 锂硫电池的发展史15-16
• 1.2.2 锂硫电池的工作原理16-18
• 1.2.3 锂硫电池容量衰减的机理18
• 1.3 锂硫电池正极材料研究进展18-25
• 1.3.1 碳/硫复合材料19-21
• 1.3.2 聚合物/硫复合材料21-23
• 1.3.3 氧化物/硫复合材料23-25
• 1.3.4 集流体和粘结剂25
• 1.4 锂硫电池隔膜研究进展25-26
• 1.5 锂硫电池的应用26-27
• 1.6 本论文研究的目的和意义27-28
• 第二章 实验方法与仪器28-31
• 2.1 实验药品28
• 2.2 主要仪器设备28-29
• 2.3 电池电物理性能测试29
• 2.3.1 扫描电子显微镜29
• 2.3.2 电导率测试仪29
• 2.4 材料的电化学性能测试29-31
• 2.4.1 电极片的制作29-30
• 2.4.2 扣式电池组装30
• 2.4.3 电化学性能测试30-31
• 第三章 不同碳材料/硫复合材料的制备与性能研究31-40
• 3.1 引言31-32
• 3.2 实验部分32-33
• 3.2.1 复合隔膜制备和电池组装32-33
• 3.2.2 正极S/CNT、S/KB复合材料表征33
• 3.2.3 电化学性能测试33
• 3.3 结果与讨论33-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 锂硫电池隔膜改性研究40-47
• 4.1 引言40
• 4.2 实验部分40-41
• 4.2.1 复合隔膜制备和电池组装40
• 4.2.2 电化学性能测试40-41
• 4.3 结果与讨论41-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 锂离子电池阻燃电解液47-55
• 5.1 引言47-49
• 5.2 实验部分49-50
• 5.2.1 电解液、材料制备和电池组装49
• 5.2.2 电解液测试49-50
• 5.2.3 电池电化学性能测试50
• 5.3 结果与讨论50-53
• 5.4 本章小结53-55
• 第六章 总结55-56
• 6.1 本论文的创新点和研究意义55
• 6.2 本论文的不足之处55-56
• 参考文献56-64
• 参考文献攻读硕士学位期间的学术活动和成果情况64

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本文编号：865471